电机拖动课件 第七章 电力拖动基础

1、第7章：电驱动基础。电驱动是指利用各种电机作为原动机驱动生产机械的驱动方式。在现代生产中，大多数生产机器都是由电力驱动的。电力驱动经历了三个阶段：分组驱动、单机驱动和多机驱动。成组拖动：一个马达拖动一个绞盘，然后通过传送带或绳索拖动几台机器。这可以在展示早期西方工业革命的电影中看到。单机拖动：一个电机拖动一台机器，每个机构由机械传动驱动。现代已发展到多机拖动，即一台电机拖动生产机械的某个运动部件(易于实现自动生成和控制)。电驱动系统一般由电机、生产机械的工作机构和传动机构组成。控制设备和电源。一些简单的系统没有传动机构，如电风扇。电机作为原动机，将电能转化为机械能，通过传动机构驱动生产机械的工

2、作机构完成一定的生产任务；控制设备由各种控制设备、自动化部件和工业控制计算机组成，用于控制电机的运动，从而实现对工作机构运动的自动控制；电源的功能是向电机和其他电气设备供电。第一部分是电动驱动系统的动力学。1.运动方程根据动力学理论，在单轴(仅包括一个轴)电机驱动系统中，以扭矩表示的运动方程为：其中：M电机轴上的输出扭矩，nm；M1电机轴上的负载静态转矩，包括电机的空载损耗转矩M0；惯性扭矩(也称为加速扭矩)。在上式中，j是单轴旋转系统的惯性矩：(kgm2) m和G整个系统旋转部分的质量和重力，g=mg (kg和n)；r和d 系统旋转部分相对于旋转轴的回转半径，单位为米.电机轴的角速度(rad

3、/s)。因此，在解析公式：中，GD2=4gJ是转动部分的飞轮力矩。(Nm2)，因为gJ的尺寸为m/s2 kgm2，而kgm/s2等于ma，尺寸为n，尺寸为1/(分钟)。的维数是，所以数字375有加速度的维数，即m/(分钟)。根据分析公式，电机的工作状态如下：1)当m=ml时，表示n=0或n=C.电机静止或恒速旋转，电气传动系统处于稳定运行状态；2)当m ml时，电驱动系统处于加速(过渡)状态；3)当m n0或电机停止供电)，电机的电磁转矩起旋转作用。显然，系统传动的损失应由负载承担，因此电机轴的负载扭矩为，降低了传动效率。如果系统在提升重物和降低重物时失去相同的扭矩，则存在：因此，降低传动效率

4、和提升传动效率之间的关系如下：(3)在单轴电机驱动系统中，飞轮力矩减小，J是运动方程中单轴旋转系统的转动惯量，用扭矩表示。在多轴传动系统中，传动机构的每个轴(包括飞轮)的惯性矩和直线运动部分的质量必须归因于电机轴。还原原理是一样的：还原前后系统中储存的动能不变。1.假设转动部件转动惯量的减小为JM、J1、J2，JL。每个轴的角速度为 m， 1， 2， l，设j为电机轴的等效转动惯量。根据系统在减速前后储存的动能不变的原理，因此，在“或”公式中，i1、i2、 l为电机轴与各轴的转速比。通过将公式的两边乘以4g，可以看到减速后的等效飞轮力矩，旋转部件中任何元件的等效飞轮力矩等于该元件对其自身轴的飞

5、轮力矩除以减速轴对元件轴的转速比的平方。一般来说，在总飞轮力矩GD2中，电机转子本身的飞轮力矩占最大比例(因为转子直径和质量较大)，而传动机构飞轮力矩的换算值占较小比例。因此，等效飞轮力矩系数可粗略计算，一般为1.1 1.3。是工作机构飞轮力矩的换算值。2。线性运动部件质量的减小对于具有线性运动部件的拖曳系统，有必要减小线性运动物体相对于电机轴的质量M1(kg)，这相当于电机轴上具有转动惯量J的旋转体。减速原理是两者储存的动能相等，即L的直线运动速度(m/S)和M电机的机械角速度(rad/S)。公式中的365是由。根据以上讨论，多轴阻力系统(包括旋转运动和线性运动)可以简化为单轴阻力系统。这样

6、，只有一个运动方程可以用于研究。自学示例7-1，第2节，负载的转矩特性和电驱动系统稳定运行的条件，第1节，负载转矩特性生产机械的转速n和相应的负载转矩ML之间的关系，n=f (ml)，称为生产机械的负载转矩特性。虽然有不同种类的负载，但它们可以被分类。典型的负载转矩特性可分为三种类型：(1)恒转矩负载特性。如果负载转矩M1为某一值，则与转速N无关的负载称为恒转矩负载，根据负载方向是否与转向有关，可分为两种类型。1.抗恒转矩负载特性：恒转矩M1总是阻止电机运行，当电机旋转轴的方向改变时，负载转矩的作用方向也随之改变，这就是抗转矩。属于这种特性的载荷包括机床的金属冲压和平移机构，以及电车在水平面上

7、行驶时的载荷等。势能恒定扭矩负载特性该负载特性是由重力产生的负载扭矩，其方向不会随着速度方向的变化而改变。克雷恩是一个典型的代表。(2)通风机的负荷特性由于通风机、水泵、油泵等机械中的介质对机械叶片的阻力基本上与转速的平方成正比，这种情况下，风机的负荷特性与机械叶片的阻力成正比如果考虑摩擦扭矩，负载特性曲线为ML0。(3)恒功率负载特性负载P1为一定值，负载转矩与转速基本成反比。车床粗加工时，切削量大，切削阻力大，所以此时驱动速度较低；精加工时，切削量小，切削力小，经常驱动高速。因此，该负载特性符合恒功率负载特性，即恒功率负载特性曲线是双曲线的一个分支。实际生产机械的负载特性也可以是一个或几个

8、典型特性的组合。在DC电机和交流异步电机章节中，分析了电机的机械特性，生产机械的负载转矩特性，以及负载转矩和飞轮转矩的减小等。下面将讨论如何配合这两个特性来确保电驱动系统的稳定运行。(1)稳定运行的必要条件所谓稳定运行是指电力驱动系统在某些扰动下离开原始平衡状态，但在新的条件下仍能达到新的平衡状态，或在扰动消除后能回到原始平衡状态。是一种相对稳定。分析方法是在同一坐标图上画出n=f (m)和n=f (ml)，然后分析它们的变化。分析了驱动恒转矩负载的独立励磁DC电机的运行情况。在图中，直线1和2示出了对应于负载转矩ML1和ML2的恒定转矩负载特性，直线3示出了单独激励的DC电机的机械特性。当负

9、载转矩为ML1时，负载特性1和电机机械特性曲线3在点A处相交。此时，M和ML1大小相等，方向相反。根据公式，驱动系统处于平衡状态，系统以恒定的速度旋转。如果负载突然增加，从ML1到ML2，并且负载转矩特性从线性1变为线性2，因为系统的机械惯性远大于电磁惯性，转速N在开始时不能突然改变，但是仍然保持nA，这由单独激励的DC电机的电磁转矩的表达式确定。PPT电磁扭矩仍然由点A处的转速nA决定，因此m=ML1 ML2，因此牵引系统处于减速过渡过程中。随着转速n的降低，电磁转矩m增加，直到m=MB=ml2，也就是说，它改变到特性3和2的交点b。减速过程结束后，系统达到新的平衡状态，并以转速nB在b点稳

10、定运行。此时nb na。可以看出，电机在平衡状态下产生的电磁转矩由负载转矩的值决定。如果负载扭矩M1太大，超过电机的机械特性，系统将无法正常运行。因此，电机的机械特性和负载转矩特性之间的交集是驱动系统稳定运行的必要条件。从下面的分析可以看出，这个条件是不够的。(2)稳定运行的充分条件充分条件如下：如果电力驱动系统在交点处由于一些干扰(如电网电压波动和负载转矩微小变化等)而稳定运行。)，原始扭矩M和M1之间的平衡变得不平衡，导致电机速度的轻微变化。此时，当干扰消除时，驱动系统必须能够将速度恢复到交点处的原始值。如果电驱动系统能满足这样的特性匹配条件，那么该系统是否稳定本文讨论了当电机的机械特性n

11、=f (m)向下倾斜和向上倾斜时，该系统是否稳定。同时，分析了驱动恒转矩负载M1的独立励磁DC电机的运行情况。系统原本在交点A处稳定运行，如果发生瞬时扰动(如突然机械启动)，端电压会突然下降，电机的机械特性会从2变为3。然而，由于机械惯性的影响，电机速度nA不会突然改变，工作点将从A变为C。显然，在特性3中，m=最初，系统在交点a处稳定运行，如果发生瞬时扰动(如突然的机械启动)，端电压会突然下降，电机的机械特性会从2变为3。然而，由于机械惯性的影响，电机速度na不能突然改变，并且工作点将从a改变到c。在特性3中，m=MC ml，系统加速运行，最终回到原来的工作稳定点a.电压的突然上升也是相似的

12、。如果机械特性向上翘起，当电网电压突然下降时，转速不会突然改变，但仍然是nA，而电机的机械特性从特性2瞬时改变为特性3，工作点从A改变为B。在点B，由于M ML，系统加速。从特性3可以看出，N增加得越多，电磁转矩M越大，并且系统不能达到新的稳定工作点。因此，电驱动系统不能在点a稳定运行。因此，电驱动系统稳定运行的必要和充分条件如下：1)在系统电机的机械特性n=f (m)和负载转矩特性n=f (ml)之间存在交集。因此，电驱动系统稳定运行的必要和充分条件如下：1)在系统电机的机械特性n=f (m)和负载转矩特性n=f (ml)之间存在交集。2)电动机的机械特性应在对应于N=F (M)和N=F (

13、ML)交点的转速以上满足M ML，该转速可用数学公式表示，即：第3节电驱动系统的过渡过程，即所谓的过渡过程，是系统从一个稳定运行状态过渡到另一个稳定运行状态时所经历的过程。系统需要经历启动、调速、制动和停止的过渡过程。研究过渡过程的目的是找出速度、电流和电磁转矩随时间的变化规律，找出哪些因素制约或支配这些变化规律，进而采取有针对性的措施，在一定程度上控制传动系统的过渡过程，降低损耗。本节主要讨论单独励磁DC电机起动时的过渡过程。一、独立励磁DC电机的过渡过程为了简化分析，只考虑系统中机械惯性的影响，存在以下情况：1)过渡过程中电源电压恒定。2)磁通量是恒定的。3)负载扭矩恒定。在机械特性图上，

14、过渡过程表明电动机的运行从起点沿着电动机的机械特性曲线变化到稳态点。分析方法与前一种相似。电压降低后，特性曲线为U1曲线，速度不会瞬间变化，因此起点为B，m ml，并沿人工机械特性减速至稳态点d。本文讨论了单独励磁的DC电机驱动恒转矩负载时起动阶段的过渡过程。起点为点A，转速为nF0，电磁转矩为MF0。稳态点是点B，它的转速是nL，电磁转矩是M1，它也等于负载转矩。以下是沿曲线1从起点a到稳态点B的过渡过程的定量分析.1.对速度n变化规律的分析仍然是基于电驱动系统的旋转方程。其中M1和CD2是常数。根据并联电机DC电机20 PPT DC电机21.ppt的速度特性和机械特性，速度和转矩之间的关系可以写成，可以看作机械特性曲线的斜率。上述两个公式可以通过同时消去m得到，同时消去m，可以得到 nb nb= ml=n0-nl